姜 超

（中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，江蘇南京210034）

0 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）一詞自在工程建設(shè)行業(yè)興起以來，逐漸成為支撐建筑設(shè)計、施工和運營等各方面的核心技術(shù)。BIM技術(shù)不僅是一項技術(shù)，同時也在各方面引導(dǎo)業(yè)務(wù)流程上的變革。BIM以智能構(gòu)件為基礎(chǔ)來表達一個建筑，一是可以集成構(gòu)件本身的詳細信息，二是能描述建筑信息模型中各構(gòu)件之間的相互關(guān)系［1］。BIM技術(shù)不僅是將傳統(tǒng)的二維建筑圖紙轉(zhuǎn)換為三維模型及可視化展現(xiàn)，同時也潛移默化地改造著工程施工的各參與方的參與方式和關(guān)鍵過程。BIM通過參數(shù)化建模及屬性附加，以更智慧、更高效的方式來影響工程全生命周期過程。

目前，隨著在民用建筑領(lǐng)域內(nèi)BIM技術(shù)應(yīng)用的相對成熟，BIM技術(shù)逐漸被引入其他更廣泛的工程項目領(lǐng)域。其中，城市軌道交通項目由于其規(guī)模大、周期長、復(fù)雜性高的特點，成為BIM應(yīng)用的重要領(lǐng)域。目前，BIM技術(shù)在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在管線綜合碰撞檢測和場站環(huán)境的可視化設(shè)計中。結(jié)合目前國內(nèi)軌道交通發(fā)展趨勢和BIM技術(shù)的應(yīng)用前景，可以預(yù)見BIM技術(shù)將逐漸取代傳統(tǒng)工程施工流程，實現(xiàn)對整個工程全生命周期的可視化數(shù)據(jù)和資源管理，優(yōu)化軌道交通工程規(guī)劃、設(shè)計、施工及運營階段的資源共享。

1 軌道交通BIM發(fā)展現(xiàn)狀

在國外，特別是歐美的發(fā)達國家，BIM技術(shù)正逐漸成為城市軌道交通工程建設(shè)的基礎(chǔ)技術(shù)，應(yīng)用于模擬分析、3D設(shè)計、施工管理和物資信息管理等各方面。軌道交通各相關(guān)專業(yè)通過BIM技術(shù)進行協(xié)同設(shè)計，減少各專業(yè)之間的物理穿插和參與方之間的信息傳播不及時造成的影響。BIM技術(shù)廣泛應(yīng)用在工程規(guī)劃、設(shè)計、施工與運維階段中，對工程項目進行全生命周期統(tǒng)一管理。

在國內(nèi)，BIM技術(shù)在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用正在快速發(fā)展。近年來，國內(nèi)一大批城市地鐵項目中均一定程度地應(yīng)用了BIM技術(shù)。但是，目前大部分BIM應(yīng)用主要集中于模型的可視化視覺效果展示，管線綜合設(shè)計等點式應(yīng)用，遠未達到BIM全生命周期統(tǒng)一管理的水平。

目前，BIM技術(shù)在我國軌道交通行業(yè)中的應(yīng)用水平仍較為淺顯。受限于我國BIM發(fā)展的大環(huán)境，即使是在已經(jīng)實施BIM戰(zhàn)略的北京、上海和廣州等城市軌道交通行業(yè)，系統(tǒng)化思維不足的缺陷仍然突顯［2］。因此，針對BIM技術(shù)在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展還有待于進一步深入。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢

BIM技術(shù)和相關(guān)流程在核心的工程設(shè)計與施工中起到重要作用，它在應(yīng)對大型、復(fù)雜、長周期的項目，同時在提高可持續(xù)性、降低成本和可持續(xù)性利用方面也起到很大的作用。

2.1 概念階段應(yīng)用BIM技術(shù)的效益

2.1.1 概念、可行性和設(shè)計的好處

對于工程施工，在業(yè)主正式啟動項目之前，必須事先考慮好工程的尺寸大小、質(zhì)量水平、理想的成本預(yù)算和工程進度。一個給定的工程方案是否滿足業(yè)主的各項需求，基于構(gòu)件數(shù)據(jù)庫建造的工程模型，對于業(yè)主來說有很大的價值和幫助。

2.1.2 工程性能和質(zhì)量的好處

創(chuàng)建一個模型取決于模型的詳細程度，一個詳細的工程模型可以用來評估該方案是否符合工程的功能和可持續(xù)發(fā)展的要求［3］。利用分析和模擬工具評估設(shè)計能夠有效提高工程的性能和整體質(zhì)量。

2.1.3 集成交付提高項目合作的好處

當(dāng)業(yè)主在項目中使用一體化綜合交付模式時，在設(shè)計階段的就可以利用BIM技術(shù)增加他們對項目需求的理解，并為設(shè)計開發(fā)提供成本估計。通過集成交付的方式可以避免使用文件交流的延遲。

2.2 設(shè)計階段應(yīng)用BIM技術(shù)的效益

2.2.1 精確的可視化設(shè)計

采用BIM技術(shù)使用3D模型進行可視化表達，BIM模型本身是由BIM軟件采用參數(shù)化建模方式創(chuàng)建的，各構(gòu)件之間的相互關(guān)系可通過三維模型進行直觀展現(xiàn)。同時，BIM模型中的參數(shù)化屬性信息，也將為BIM技術(shù)在全生命周期中的應(yīng)用提供精確的數(shù)據(jù)支撐。

2.2.2 設(shè)計變更自動修正

BIM技術(shù)采用參數(shù)化建模，工程構(gòu)件能夠通過參數(shù)化的規(guī)則被控制，各項構(gòu)件屬性可通過修改參數(shù)由BIM建模軟件自動修正與其相關(guān)的其他參數(shù)，這將會大大減少使用者對于設(shè)計變更的管理。

2.2.3 一致性的二維圖紙

傳統(tǒng)的三維模型是先有各角度的二維圖紙，然后依照各角度的尺寸利用建模軟件建立模型結(jié)構(gòu)。一旦二維圖紙中的某一尺寸發(fā)生變化，會導(dǎo)致多處相關(guān)視角的圖紙變更，三維模型并不能及時的更新。而利用BIM技術(shù)是直接建立3D模型結(jié)構(gòu)，然后通過不同的視角投影生成二維圖紙。借助于參數(shù)化建模方式，三維模型中某一處尺寸的修改，均可直接導(dǎo)致相關(guān)參數(shù)的變化。當(dāng)需要修改設(shè)計時，只要修改好模型就可以同步且迅速地生成一致的圖紙。

2.2.4 各專業(yè)間的協(xié)作

BIM技術(shù)利用模型的統(tǒng)一管理，可以促進了各專業(yè)間的協(xié)同工作，及時發(fā)現(xiàn)和解決各專業(yè)之間的沖突，減少后續(xù)的不必要的返工。同時，利用BIM技術(shù)各專業(yè)可以同步開展工作，而不必在等待其他專業(yè)完工后再開始工作，大大縮短了整體工程周期。

2.2.5 設(shè)計方案驗證

利用BIM技術(shù)提供的三維可視化展示，驗證各專業(yè)之間的設(shè)計方案是否存在沖突，并對三維空間的面積、材料等相關(guān)信息進行統(tǒng)計，使得成本預(yù)算更準確。

2.2.6 成本估算

BIM技術(shù)采用參數(shù)化建模，可以自動計算生成建筑空間尺寸、體積以及構(gòu)件所選的物料清單，以此作為成本估算的依據(jù)可以大大減小估算的誤差。隨著設(shè)計的推進和詳細的數(shù)據(jù)逐步產(chǎn)生，可以對工程進行更精確的成本估管。

2.3 施工階段應(yīng)用BIM技術(shù)的效益

2.3.1 利用BIM模型裝配組件

由于工程構(gòu)件已被定義成三維形式，利用數(shù)控機械來實現(xiàn)自動化的制造就會很方便。利用設(shè)計模型裝配組件，這使得更多的供應(yīng)商在創(chuàng)建模型、研發(fā)節(jié)點時需要和設(shè)計師保持聯(lián)系以反映設(shè)計意圖。這種方法屬于預(yù)制化制造，同時可以降低成本、減少建造時間。

2.3.2 更快的設(shè)計變更

采用參數(shù)化建模的BIM模型，不同于以往三維模型以點線面結(jié)構(gòu)進行網(wǎng)格組織，BIM模型中各構(gòu)件均采用數(shù)據(jù)驅(qū)動進行網(wǎng)格組織。當(dāng)BIM模型中的某一參數(shù)發(fā)生變化后，與之相關(guān)的三維模型即會自動按照參數(shù)進行實時更新。更新可以依據(jù)參數(shù)化的規(guī)則直接完成，借助輔助的交互系統(tǒng)也能夠檢查視圖中的碰撞，修改的后果可以準確地反映在模型和所有的視圖中。

2.3.3 設(shè)計錯誤檢查

工程模型是多專業(yè)的集合，利用BIM技術(shù)它們之間就可以相互參照，各專業(yè)間的交互既能發(fā)現(xiàn)到內(nèi)部的（硬碰撞和間隙碰撞），也能查看到表面的其他各種錯誤。在專業(yè)領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)問題前這些沖突和可實施性問題就能夠得到檢測。

2.3.4 協(xié)同設(shè)計和施工組織設(shè)計

利用四維CAD技術(shù)進行施工組織設(shè)計，需要將施工進度計劃和三維構(gòu)件關(guān)聯(lián)起來，這樣可以在任意一個施工節(jié)點上模擬施工過程、查看到工程和場地中的情況。

2.3.5 高水平施工技術(shù)的應(yīng)用

高水平的施工技術(shù)需要總承包方與所有分包商間的密切協(xié)調(diào)。因為BIM能夠提供一個準確的工程設(shè)計模型，針對施工的任何一個流程都可以提供一份所需的材料需求計劃表。這樣它為改善分包商的進度安排提供了依據(jù)，并保證正確的時間上安排好合適的人員、設(shè)備、材料，從而強化了溝通協(xié)調(diào)降低了施工成本。

2.4 運維階段應(yīng)用BIM技術(shù)的效益

2.4.1 信息移交方式的改進

在施工階段收集安裝材料的信息和工程內(nèi)系統(tǒng)的維修信息，這些信息可被鏈接到工程BIM模型［4］。因此，可將BIM模型移交給業(yè)主，供它們通過設(shè)施管理系統(tǒng)管理工程施工。

2.4.2 設(shè)施運營和管理

工程模型提供了工程中所有系統(tǒng)的信息來源，先前用來決定機械設(shè)備，控制系統(tǒng)和其他采購產(chǎn)品的分析可提供給業(yè)主。一旦工程投入使用，它可被作為驗證設(shè)計決策的一種方法。這種分析可被用來檢查工程投入使用后所有系統(tǒng)工作的正確性。

2.4.3 設(shè)施運營和管理系統(tǒng)的整合

BIM模型提供了工程構(gòu)件準確的屬性信息，這些信息將作為工程設(shè)計、施工、管理和運營的重要依據(jù)，并打通工程項目全生命周期管理的數(shù)據(jù)流。通過將BIM屬性信息與工程運營和管理平臺進行整合，保證了工程數(shù)據(jù)的可追溯性和可擴展性，可基于屬性數(shù)據(jù)擴展各項延伸功能。其中的許多能力還沒有發(fā)展起來，但是BIM技術(shù)提供了一個發(fā)展的理想平臺。

3 BIM帶來的挑戰(zhàn)

在設(shè)計和施工中每一階段用于BIM技術(shù)將使與傳統(tǒng)實踐相關(guān)的問題的數(shù)量和嚴重性減少和減輕。BIM的合理使用將使項目參與者之間的關(guān)系發(fā)生重大的改變和挑戰(zhàn)。

3.1 團隊協(xié)作的挑戰(zhàn)

BIM技術(shù)為各專業(yè)之間的協(xié)作提供了新可能，同時也帶來了新問題。如果工程師使用傳統(tǒng)的圖紙，那么承包商搭建模型將有必要，它將被用來計劃施工、預(yù)算和協(xié)調(diào)。如果工程師通過使用BIM來設(shè)計，模型對于施工來說可能不夠詳細或定義的物體的施工數(shù)量還不夠充分。這可能需要為施工使用創(chuàng)造一種新的模型，要是提供了工程模型，成本和時間可能會被加入項目中。如果BIM團隊成員使用不同的BIM建模工具，則必須將模型從一個環(huán)境遷移到另一環(huán)境，這可能會導(dǎo)致復(fù)雜性的增加并引入新的潛在錯誤。一旦涉及誰來設(shè)計、制作、分析和搭建施工數(shù)據(jù)庫，誰來支付它們，以及誰對它們的準確性負責(zé)時，各參與方的關(guān)系就遭受挑戰(zhàn)。

3.2 實行更改和信息使用

BIM鼓勵早期設(shè)計過程的工程語言的整合，若有能力調(diào)整所有階段的設(shè)計和施工整合，公司將得到最大的利益。在應(yīng)用BIM技術(shù)時面臨的最大改變是在設(shè)計階段使用共享的工程模型和在施工及制造時使用共同的工程模型，以此作為所有工作進程和合作的基礎(chǔ)。這一轉(zhuǎn)變需要時間和培訓(xùn)，這些是所有技術(shù)和工作流程發(fā)生重大改變所要面臨的事實。

3.3 應(yīng)用問題

應(yīng)用BIM技術(shù)用工程模型系統(tǒng)替代二維或三維環(huán)境，遠遠不是軟件、培訓(xùn)和硬件更新所能完成的。有效地使用BIM幾乎需要更改商業(yè)模式的每一方面，需要相關(guān)人員懂BIM技術(shù)和實施過程，及需要在轉(zhuǎn)變之前的BIM應(yīng)用計劃。

4 結(jié)語

BIM涵蓋層面較廣，既是多專業(yè)設(shè)計、分析、施工和設(shè)施的管理技術(shù)，又是過程變革的先導(dǎo)。本文剖析了BIM背后的技術(shù)和過程，BIM實施相關(guān)的業(yè)務(wù)和組織問題，以及有效利用BIM技術(shù)為項目組成員帶來的好處。隨著BIM技術(shù)的逐漸應(yīng)用成熟，必將完成軌道交通項目全生命周期統(tǒng)一管理。